生態(tài)護(hù)岸技術(shù)在農(nóng)村水系治理工程中的應(yīng)用

李鄭淼，王 爽，孫正天

（1.中水北方勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222；2.河北水利建設(shè)集團(tuán)有限公司，石家莊 050000）

農(nóng)村水系不僅是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)， 也是農(nóng)村水環(huán)境的重要載體和鄉(xiāng)村自然生態(tài)系統(tǒng)的核心組成部分。 水系連通及水美鄉(xiāng)村建設(shè)試點(diǎn)工作是一個以農(nóng)村水系綜合整治為主，提高農(nóng)村河流防洪標(biāo)準(zhǔn)，改善農(nóng)村河道與人居環(huán)境、 實(shí)施新農(nóng)村建設(shè)的綜合性項(xiàng)目，是加快推進(jìn)鄉(xiāng)村振興、促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重要舉措。

目前，我國農(nóng)村河道、堤防大部分采用硬質(zhì)護(hù)岸結(jié)構(gòu)型式，優(yōu)點(diǎn)是堅(jiān)固、耐久，但隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和河道治理建設(shè)步伐的加快， 新時代背景下現(xiàn)代農(nóng)村發(fā)展對河道治理和保護(hù)提出了更高要求。 河道的功能已不僅是“泄洪、排澇、蓄水、引清、航運(yùn)”，還包括“景觀、旅游、生態(tài)、對周邊環(huán)境的呼應(yīng)”等［1］。相應(yīng)的河道整治工程也不僅要保證防洪安全， 同時也要融入自然景觀、生態(tài)環(huán)境等內(nèi)容。當(dāng)前在防洪與生態(tài)需求成為河道建設(shè)主要矛盾的背景下， 生態(tài)護(hù)岸技術(shù)日益得到人們的廣泛關(guān)注。

20 世紀(jì)50 年代德國提出近自然河道治理工程學(xué)， 成為早期生態(tài)護(hù)岸建設(shè)的主要理論基礎(chǔ)。 近年來， 我國也開始重視河流護(hù)岸施工對生態(tài)環(huán)境的影響，提出生態(tài)護(hù)岸是以河流生態(tài)系統(tǒng)為中心，以河流動力學(xué)為手段而修建的水利工程。 生態(tài)護(hù)岸技術(shù)在考慮具有一定強(qiáng)度、安全性和耐久性的同時，還要充分考慮生態(tài)效果， 即把河堤由過去的硬質(zhì)河道護(hù)岸改造成為水體和土體、 水體和生物相互涵養(yǎng)且適合生物生長的仿自然狀態(tài)的護(hù)岸［2］。

基于諸暨市現(xiàn)狀水系存在問題， 制定生態(tài)護(hù)岸治理方案，在保證防洪安全的同時，提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境與人居環(huán)境，為農(nóng)村水系整治項(xiàng)目提供借鑒，逐步實(shí)現(xiàn)美麗河湖和標(biāo)準(zhǔn)化管理的農(nóng)村水系。

1 工程背景及現(xiàn)存問題

諸暨市地處浙江省中北部， 北鄰杭州， 南臨義烏， 是連接杭州都市區(qū)和金義都市區(qū)的重要節(jié)點(diǎn)城市。境內(nèi)主要水系為浦陽江，系錢塘江重要支流，素有浙江“小黃河”之稱，屬浙江省防汛重點(diǎn)河流之一。浦陽江自南向北貫穿市境，境內(nèi)主流長67.60 km，先后有大陳江、開化江、五泄江、楓橋江、凰桐江等5 條支流匯入，流域面積2183.9 km2，占諸暨市域面積的94.5%。另有壺源江流經(jīng)諸暨西部一角，占市域面積的4.95%；上蘆溪系東陽北江的一條支流，屬金華江水系，占市域面積的0.55%。

雖然近年來諸暨市圍繞水系做了大量工作，但由于治理措施單一，部分河段水系連通性、河流水動力條件仍然不足， 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低， 缺乏綠色生態(tài)理念，與長三角一體化示范區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)存在差距。諸暨市現(xiàn)狀水系存在的主要問題：①局部水系溝通不暢，局部河段排澇能力不足；②存在防洪薄弱環(huán)節(jié)，局部有水害問題；③部分河道淤積，影響河道行洪能力； ④水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)建設(shè)亟待加強(qiáng)；⑤水景觀打造、水文化挖掘潛力較大。

2 生態(tài)護(hù)岸型式選取與應(yīng)用

2.1 生態(tài)護(hù)岸型式比較

生態(tài)河道整治工程是一項(xiàng)綜合性工程， 既要滿足實(shí)際使用需求，如防洪、灌溉、供水、航運(yùn)等，也要兼顧生態(tài)系統(tǒng)健康和可持續(xù)發(fā)展的要求。 作為河道整治工程的重要措施， 護(hù)岸工程的建設(shè)不僅要滿足基本的水安全保障要求，即符合工程設(shè)計(jì)原理，而且要融合生態(tài)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和美學(xué)等學(xué)科［3］，同時生態(tài)護(hù)岸建設(shè)還必須考慮其經(jīng)濟(jì)合理性［4］。

一般河道護(hù)岸型式按照護(hù)砌的差異性， 可分為砌石護(hù)岸、現(xiàn)澆混凝土護(hù)岸、植草框格護(hù)岸、混凝土連鎖塊護(hù)岸、 自然草木護(hù)岸等型式。 根據(jù)本工程特點(diǎn)， 基于生態(tài)水利理念， 綜合考慮沖刷深度計(jì)算成果、地質(zhì)條件、景觀要求、施工難易程度、經(jīng)濟(jì)適用等，初定以下4 種生態(tài)護(hù)岸型式進(jìn)行比較。

2.1.1 漿砌塊石+三維土工網(wǎng)護(hù)岸（方案一）水面采用M10 漿砌塊石護(hù)岸，砌石厚度為30 cm，下設(shè)10 cm 厚碎石墊層；漿砌石護(hù)以上為生態(tài)護(hù)岸，結(jié)構(gòu)為10 cm 厚種植土+Em3三維土工網(wǎng)(凹凸泡面狀)，并噴播草籽（野牛草或當(dāng)?shù)夭葑眩鐖D1。

圖1 三維土工網(wǎng)護(hù)岸

2.1.2 格賓石籠網(wǎng)墊護(hù)岸（方案二）

迎水面采用格賓石籠網(wǎng)墊護(hù)岸， 網(wǎng)墊厚35 cm，下設(shè)厚10 cm 的碎石墊層，墊層底鋪設(shè)4000 g/m2土工布。在網(wǎng)墊上部鋪設(shè)15 cm 厚種植土，種植土上滿鋪馬尼拉草皮，如圖2。

圖2 格賓石籠網(wǎng)墊護(hù)岸

2.1.3 混凝土預(yù)制連鎖塊體護(hù)岸（方案三）

迎水坡面均采用混凝土預(yù)制連鎖塊體護(hù)岸，塊體厚15 cm，下設(shè)10 cm 厚碎石墊層和400 g/m2反濾土工布， 塊體內(nèi)種植水生植物， 護(hù)岸每隔5 m 設(shè)置0.25 m×0.25 m 的C25 混凝土隔梁，如圖3。

圖3 混凝土預(yù)制連鎖塊體護(hù)岸

2.1.4 平鋪箱型砌塊+草皮護(hù)岸（方案四）

迎水坡坡面平整后， 間隔平鋪30cm 厚箱型砌塊，箱型砌塊尺寸為1.08 m×1.08 m（長×寬），砌塊內(nèi)鋪設(shè)30 cm 厚種植土，種植土上滿鋪馬尼拉草皮，如圖4。

圖4 平鋪箱型砌塊護(hù)岸

綜上分析，從工程造價來看，方案三最省，方案一最大；從施工條件來看，4 個方案均較常規(guī)，施工難度均不大， 但方案三和方案四的預(yù)制塊組裝式施工，施工工期短，對于水利工程的季節(jié)性施工特點(diǎn)，有較大優(yōu)勢；從抗沖刷性來看，方案一、方案二較好，方案三和方案四次之；從生態(tài)景觀來看，方案一、方案三一般，方案二和方案四生態(tài)性較好。

不同生態(tài)護(hù)岸型式的抗沖能力、 造價及優(yōu)缺點(diǎn)如表1。

表1 不同生態(tài)護(hù)岸型式綜合比較

2.2 生態(tài)護(hù)岸型式的選用原則

鑒于受地形條件和錢塘江頂托影響， 諸暨市河道易發(fā)生洪水和內(nèi)澇，在2021 年的“6·10”洪水和臺風(fēng)煙花的影響下，河流堤岸等防護(hù)工程損毀嚴(yán)重。另外，考慮諸暨市區(qū)位優(yōu)勢突出，生態(tài)基質(zhì)優(yōu)良，文化遺產(chǎn)豐富。因此，確定其生態(tài)護(hù)岸選用原則：①具有較強(qiáng)的抗沖刷性，即河道護(hù)岸工程必須在設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，能承受洪水、侵蝕、波浪等自然力荷載，確保工程設(shè)施安全、穩(wěn)定和耐久性； ②具有較好的生態(tài)整體性，即城鎮(zhèn)生態(tài)河道建設(shè)宜結(jié)合諸暨市具體自然景觀、人文景觀，考慮河道生態(tài)風(fēng)景的整體效果［5］，且避免發(fā)生水土流失；③施工速度快，工期較短，投資相對較少；④同一河道生態(tài)護(hù)岸選型不宜太多，以便于工程施工和建設(shè)管理。

2.3 生態(tài)護(hù)岸設(shè)計(jì)型式

基于上述生態(tài)護(hù)岸選用原則和綜合比較， 為保證河道堤防的抗沖刷能力及生態(tài)景觀效果， 經(jīng)反復(fù)優(yōu)化和關(guān)鍵技術(shù)論證， 本工程采用以下兩種典型河道生態(tài)護(hù)岸型式，結(jié)合實(shí)際進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2.3.1 漿砌塊石+三維土工網(wǎng)護(hù)岸

經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化論證，堤防迎水側(cè)堤坡采用M10 漿砌石防護(hù)，防護(hù)厚度0.3 m，下設(shè)0.1 m 碎石墊層。下部防護(hù)頂高程按照5 年一遇水位加波浪爬高確定。 護(hù)岸底部設(shè)M10 漿砌石齒墻， 深1.5 m， 下設(shè)0.1 m 厚碎石墊層。漿砌石護(hù)砌以上為生態(tài)護(hù)岸，結(jié)構(gòu)為10 cm 厚種植土+噴播草籽（野牛草或當(dāng)?shù)夭葑眩?Em3三維土工網(wǎng)(凹凸泡面狀)。 迎水坡坡面每隔50 m 沿坡面設(shè)置一道C30混凝土梁，尺寸30 cm×40 cm(寬×高）。背水側(cè)堤坡設(shè)置種植土+噴播草籽護(hù)岸，坡比1∶2.0。生態(tài)護(hù)岸典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖5。

圖5 生態(tài)護(hù)岸典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該典型設(shè)計(jì)型式具有較高的耐沖刷性能和穩(wěn)定性，且具有一定的生態(tài)效果。主要適用于水流較為湍急、流速大、彎道多、縱坡大的河段，在本工程中約占河道治理總長度的55%。

2.3.2 平鋪箱型砌塊+草皮護(hù)岸

本工程河道治理中，經(jīng)優(yōu)化論證，部分河段迎水側(cè)堤坡采用平鋪箱型砌塊+植草防護(hù)。迎水坡坡面平整后，間隔平鋪30 cm 厚箱型砌塊，箱型砌塊尺寸為1.08 m×1.08 m （長×寬）， 砌塊內(nèi)鋪設(shè)30 cm 厚種植土，種植土上滿鋪馬尼拉草皮。防護(hù)頂高程按照10年一遇防洪水位確定。護(hù)岸底部設(shè)格賓石籠齒墻，深1.5 m，下設(shè)0.1 m 厚砂礫石墊層。背水側(cè)堤坡設(shè)置種植土+噴播草籽護(hù)岸，坡比1∶2.0。生態(tài)護(hù)岸典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖6。

圖6 生態(tài)護(hù)岸典型設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

該典型設(shè)計(jì)型式具有較好的生態(tài)效果， 且具有一定的耐沖刷能力。主要適用于水流較為平緩、縱坡小，河道相對平直或生態(tài)風(fēng)景要求高的河段，在本工程中約占河道治理總長度的45%。

2.4 生態(tài)護(hù)岸穩(wěn)定性分析及地基處理

生態(tài)護(hù)岸穩(wěn)定性分析及地基處理是河道治理的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。經(jīng)反復(fù)論證，河道生態(tài)護(hù)岸穩(wěn)定采用有限元數(shù)值分析方法計(jì)算， 應(yīng)用河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研制 《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)》 程序AutoBank7.7 進(jìn)行計(jì)算分析。以具有代表性的凰桐江段為例， 說明生態(tài)護(hù)岸穩(wěn)定分析及地基處理的措施和效果。

依據(jù)地質(zhì)勘察成果，凰桐江段現(xiàn)狀堤身以Ⅰ1層含碎石粉質(zhì)黏土及Ⅱ1層粉質(zhì)黏土為主組成。根據(jù)計(jì)算結(jié)果， 設(shè)計(jì)復(fù)堤后部分堤段堤防出逸比降不滿足要求，需要對堤基進(jìn)行處理。另外，由于在“煙花”臺風(fēng)過境期間，凰桐江段部分堤防出現(xiàn)了潰壩、管涌及流土險情，對薄弱段采取防滲加固處理措施。

由于凰桐江段堤基含有粉砂、 細(xì)砂和粉細(xì)砂的部位埋置深度較大， 換填的處理措施不能滿足工程建設(shè)要求，經(jīng)研究論證擬采用防滲效果好，棄土量小的水泥攪拌樁防滲措施。 該防滲技術(shù)是運(yùn)用特制的單頭或多頭小直徑深層攪拌樁機(jī)， 把水泥漿噴入土體并攪拌成水泥土，待固化后形成完整的水泥土防滲墻。主要適用于粉土、壤土、砂土，以及含礫直徑小于50 mm 的砂礫層和淤泥， 甚至有土體架空洞穴，也可以施工。其成墻厚度為100～400 mm，成墻深度受機(jī)械自身能力的限制， 目前最大深度可達(dá)15～18 m。

采取堤基加固措施后， 滲流穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求，如表2。可見，采取水泥攪拌樁防滲地基處理措施，能明顯改善邊坡穩(wěn)定性，對其他類似工程具有可借鑒作用。

表2 堤基加固后穩(wěn)定滲流成果

3 生態(tài)護(hù)岸工程實(shí)施效果評估

目前， 浙江省諸暨市生態(tài)護(hù)岸治理工程已完成并取得了良好效果。①通過河道整治，提高了行洪、排澇能力，保證了護(hù)岸在防洪、排澇等主體功能作用的充分發(fā)揮； ②采用三維土工網(wǎng)和平鋪箱型砌塊結(jié)構(gòu)型式有利于植物根系生長， 濱岸帶生物種群數(shù)量明顯增多，河道沿線植被覆蓋率高且層次豐富，水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)功能明顯增強(qiáng)； ③采取水泥攪拌樁防滲地基處理措施，保證了護(hù)岸穩(wěn)定，對其他類似工程提供了可借鑒經(jīng)驗(yàn)； ④生態(tài)護(hù)岸作為水系綠廊與水美鄉(xiāng)村建設(shè)相輔相成， 水景觀與水文化潛力得以充分挖掘， 河道沿岸已經(jīng)成為周邊居民觀景休憩的場所，呈現(xiàn)出原有的自然田園風(fēng)光。

4 結(jié)語

本文深入剖析了浙江省諸暨市現(xiàn)狀水系存在的問題，基于水安全和水生態(tài)，開展了生態(tài)護(hù)岸型式比較，結(jié)合實(shí)際研究提出了生態(tài)護(hù)岸選用原則，經(jīng)反復(fù)優(yōu)化論證，提出了適合當(dāng)?shù)氐臐{砌塊石+三維土工網(wǎng)護(hù)岸、平鋪箱型砌塊+草皮護(hù)岸等兩種典型河道生態(tài)護(hù)岸型式。 對生態(tài)護(hù)岸穩(wěn)定性分析及地基處理的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探索， 提出了水泥攪拌樁防滲地基處理措施。該工程實(shí)施后取得了良好效果，對其他類似地區(qū)具有可借鑒的作用。實(shí)踐證明，在保證防洪安全的基礎(chǔ)上， 農(nóng)村水系中河道生態(tài)護(hù)岸建設(shè)可有效保護(hù)河灘地天然植被和沿河兩岸生產(chǎn)、生活空間，恢復(fù)河流生態(tài)廊道生物棲息地生境和生物群落結(jié)構(gòu)，讓水系廊道串聯(lián)起鄉(xiāng)村地區(qū)的自然生態(tài)、 田園風(fēng)光及人文景觀， 為村鎮(zhèn)居民提供舒適優(yōu)美的濱水活動空間，助推美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，助力鄉(xiāng)村振興。